(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電プラントの補機冷却用の冷却材が循環する循環ラインと、前記循環ラインに対して互いに並列に接続された複数のポンプと、前記複数のポンプの吐出側下流に設けられ前記冷却材の流量を調整する流量制御弁とを備える冷却系統の制御方法であって、
前記ポンプの運転台数を検出し、前記複数のポンプが全て停止したことを検出した場合に、前記流量制御弁を全閉に制御する弁制御信号を前記流量制御弁に出力する弁全閉制御ステップと、
前記流量制御弁が全閉にされた状態で、前記ポンプを通常運転台数より少ない台数で起動する第１のポンプ起動ステップと、
前記第１のポンプ起動ステップの後、通常運転時における前記流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で前記流量制御弁を制御する弁制御信号を前記流量制御弁に出力する第１の弁開制御ステップとを備えることを特徴とする冷却系統の制御方法。
【請求項２】
前記流量制御弁が前記制限開度以下に制御されている状態で、前記通常運転台数のポンプを起動する第２のポンプ起動ステップと、
前記通常運転台数のポンプが起動したことを検出した場合に、前記流量制御弁を前記上限開度以下で制御する弁制御信号を前記流量制御弁に出力する第２の弁開制御ステップとをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却系統の制御方法。
【請求項３】
前記冷却材の温度のしきい値が予め設定されており、
前記第１の弁開制御ステップでは、前記冷却材の温度を検出し、検出温度が前記しきい値以上である場合には、前記流量制御弁を前記制限開度に制御する弁制御信号を前記流量制御弁に出力し、前記検出温度が前記しきい値未満である場合には、前記流量制御弁を閉に制御する弁制御信号を前記流量制御弁に出力することを特徴とする請求項１に記載の冷却系統の制御方法。
【請求項４】
前記冷却系統は、前記複数のポンプの吐出側下流に設けられ前記冷却材を冷却する冷却材クーラと、前記冷却材クーラ及び前記流量制御弁をバイパスするバイパスラインと、前記冷却材のバイパス流量を調整するバイパス弁とをさらに備え、
前記第１の弁開制御ステップでは、前記流量制御弁及び前記バイパス弁をそれぞれ、前記流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で制御する弁制御信号を前記流量制御弁及び前記バイパス弁にそれぞれ出力することを特徴とする請求項１に記載の冷却系統の制御方法。
【請求項５】
前記弁制御信号は、前記流量制御弁の開度及び前記バイパス弁を互いに連動して制御する信号であることを特徴とする請求項４に記載の冷却系統の制御方法。
【請求項６】
原子力発電プラントの補機冷却用の冷却材が循環する循環ラインと、前記循環ラインに対して互いに並列に接続された複数のポンプと、前記複数のポンプの吐出側下流に設けられ前記冷却材の流量を調整する流量制御弁とを備える冷却系統の制御装置であって、
前記ポンプの起動を制御するポンプ制御手段と、
前記ポンプの運転台数を検出する運転台数検出手段と、
前記流量制御弁を開閉制御する弁開閉制御手段とを備え、
前記ポンプ制御手段は、前記複数のポンプが全て停止した場合に、通常運転台数より少ない台数の前記ポンプを起動させるようにし、
前記弁開閉制御手段は、前記運転台数検出手段によって前記複数のポンプが全て停止したことを検出した場合に、前記流量制御弁を全閉にする弁制御信号を出力し、通常運転台数より少ない台数の前記ポンプが運転していることを検出した場合に、通常運転時における前記流量制御弁の設定開度より小さい値に設定された制限開度に前記流量調整弁を制御する弁制御信号を出力することを特徴とする二次冷却系の制御装置。
【請求項７】
前記弁開閉制御手段は、前記運転台数検出手段によって前記通常運転台数のポンプが起動したことを検出した場合に、前記流量制御弁を該流量制御弁の上限開度以下で制御する弁制御信号を出力することを特徴とする請求項６に記載の二次冷却系の制御装置。
【請求項８】
前記複数のポンプの吐出側下流に設けられ前記冷却材を冷却する冷却材クーラと、
前記冷却材クーラ及び前記流量制御弁をバイパスするバイパスラインと、
前記バイパスラインに設けられ、前記冷却材のバイパス流量を調整するバイパス弁とをさらに備え、
前記弁開閉制御手段は、前記運転台数検出手段によって前記通常運転台数より少ない台数の前記ポンプが運転していることを検出した場合に、前記流量制御弁及び前記バイパス弁をそれぞれ、前記流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で制御する弁制御信号を出力することを特徴とする請求項６に記載の二次冷却系の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電プラントの補機を冷却する冷却系統の制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子力発電プラントには、補機の冷却を目的とした冷却系統が設けられている。ここでいう補機とは原子炉を除く機器であり、タービンや発電機等が挙げられる。この冷却系統は、補機を直接的または間接的に冷却するものであり、タービン軸受に供給される潤滑油の冷却、発電機に供給される冷却媒体の冷却、あるいはその他の補機の冷却などを行う。例えば、加圧水型原子炉、高温ガス炉または高速増殖炉では、原子炉で発生した熱を除去する一次冷却系と、一次冷却系で回収した熱を用いて蒸気を生成する二次冷却系とが独立して設けられており、上記冷却系統は二次冷却系に属する。
【０００３】
図５に示すように、一般に冷却系統１５０は、閉ループで構成され冷却水が循環する循環ライン１５１と、冷却水を循環させるポンプ１５２ａ、１５２ｂと、循環ライン１５１に設けられ、冷却水と熱交換することによって被冷却対象を冷却する熱交換器１５５、１５６とを備える。このような冷却系統１５０では冷却水の必要流量が大きいため、ポンプ１５２ａ、１５２ｂは循環ライン１５１に対して互いに並列に接続されるように複数設けられている。さらに、複数のポンプ１５２ａ、１５２ｂの吐出側下流には、海水等により冷却水を冷却する冷却水クーラ１５３と、流量制御弁１５４とが設けられている。流量制御弁１５４は、主に、冷却水温度を調整することを目的として開閉制御される。
【０００４】
このような冷却系統では、例えばブラックアウト時のように、ポンプへの電源供給が遮断されてしまった場合、非常用電源によってポンプへの電源供給が再開されるようになっている。但し、原子力発電プラントにおいては、一次冷却系への電源供給が優先されるので、補機用の冷却系統へ供給される電力は、ポンプ全台を起動させるために要する電力の全てをまかなえないことが多い。したがって、複数台のポンプのうち、一台または数台のポンプのみ起動させ、通常運転時より少ないポンプ台数で運転していた。
【０００５】
しかしながら、通常運転時より少ない台数でポンプを起動させると、ポンプが過流量となることがある。ここで、図６にポンプの性能特性曲線を示す。同図において、ａは２台のポンプで並列運転する場合におけるポンプの性能特性曲線で、ｂは１台のポンプで運転する場合におけるポンプの性能特性曲線で、Ｓ１は通常運転時のシステム抵抗で、Ｓ２は通常運転時より弁開度が大きい時のシステム抵抗をそれぞれ示す。
図５に示すような冷却系統において、２台のポンプを並列運転する場合の性能特性曲線はａとなり、通常運転時はシステム抵抗がＳ１となるので、ポンプの運転点はＡとなる。このとき、運転点Ａにおける流量はＱ１であるので、ポンプ１台当たりの流量は、（１／２）・Ｑ１となる。
【０００６】
電源喪失後に１台のポンプで運転を再開した時は、図６の曲線ｂのような性能特性を示す。このとき、システム抵抗はＳ１であるので、ポンプの運転点はＢ１となる。運転点Ｂ１における流量はＱ２である。通常、システム抵抗は流量の二乗に比例して増加するので、１台運転のポンプの流量Ｑ２は、２台並列運転のポンプ１台あたりの流量（１／２）・Ｑ１より大きくなり、過流量となるおそれがある。
これに加えて、従来の制御では、一旦ポンプが全台停止することで冷却水温度が上昇するため、流量制御弁を開き側に制御し、冷却水の循環量を増加させて冷却水温度を低下させるようになっている。流量制御弁が開き側に制御されることでシステム抵抗がＳ２に低下するので運転点がＢ２となり、ポンプの過流量を増長させることとなる。
【０００７】
ポンプの過流量を防止する技術として、特許文献１には、複数のポンプの並列運転中に１台のポンプがトリップしたら、トリップ信号に応答して他のポンプの回転数を制限するようにした過流量防止回路が記載されている。
また、特許文献２には、ポンプの下流側に過流量抑制弁を配設し、ポンプの流量が予め定められた限定値を超えたときに過流量抑制弁の開度を制御するようにしたポンプ過流量抑制制御装置が記載されている。
【０００８】
一方、ポンプの起動時には、ポンプの過流量のほかに、起動トルクが大きくなるという問題もあった。通常、循環ラインが充水された状態でポンプを起動する際、ポンプの起動トルクが大きくなるため、ポンプを駆動するモータを定格速度まで加速するための始動電流が大きくなる。これに対応してモータを選定すると大容量のモータが必要となってしまう。したがって、起動時は電流値を上げないようにモータにかかるトルクを抑えて運転することが求められている。
そこで、特許文献３には、複数のポンプを並列運転するポンプ設備において、１台目のポンプの吐出止め弁を半開にしてポンプを起動し、時間をおいて２台目のポンプを起動させるようにした構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２２３０６０号公報
【特許文献２】特開昭５９−１２２７９７号公報
【特許文献３】特開２００１−１９４４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、原子力発電プラントにおいて、ポンプが全台停止後に、通常運転時よりもポンプ運転台数を減少させてポンプを起動させる場合、システム抵抗が低減している点、及びポンプ運転台数が減少している点からポンプの過流量が発生してしまうことがあった。このとき、ポンプの流量が最大可能流量点を超えてしまうと、過流量によってポンプまたはモータが損傷するおそれがある。
そこで、ポンプの過流量を防止するために、特許文献１はポンプの回転数を制御するようにしているが、この方法では正確に冷却水の流量を調整することは困難であり、冷却系統を所望の温度に維持することは難しかった。また、特許文献２は過流量抑制弁を設けた構成となっているが、この構成ではポンプの流量を検出してから過流量抑制弁の開度を制御するまでのタイムラグが発生してしまう。特に、弁が大型になると開閉にも時間を要するため、その間ポンプの過流量状態が続いてしまうことは避けられない。
【００１１】
一方、ポンプの起動トルクを低減する方法として、特許文献３ではポンプの吐出止め弁を半開にしてポンプを起動するようにしているが、従来ポンプの吐出止め弁は手作業で開閉されており、例えばブラックアウト時のような非常事態においては、作業員が適切に吐出止め弁を開閉することは困難であった。
また、上記したいずれの従来技術においても、ポンプ起動時における問題点、すなわちポンプ過流量及び起動トルク増大の問題をともに解消できる具体的な制御については何ら開示されておらず、ポンプを通常運転時より少ない台数で起動させる際の好適な運転制御技術が望まれていた。
【００１２】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、原子力発電プラントにおいて冷却系統に用いられるポンプを通常運転時より少ない台数で起動させる際に、ポンプの過流量を防止でき、且つポンプの起動トルクを低減することができる冷却系統の制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る冷却系統の制御方法は、原子力発電プラントの補機冷却用の冷却材が循環する循環ラインと、前記循環ラインに対して互いに並列に接続された複数のポンプと、前記複数のポンプの吐出側下流に設けられ前記冷却材の流量を調整する流量制御弁とを備える冷却系統の制御方法であって、前記ポンプの運転台数を検出し、前記複数のポンプが全て停止したことを検出した場合に、前記流量制御弁を全閉に制御する弁制御信号を前記流量制御弁に出力する弁全閉制御ステップと、前記流量制御弁が全閉にされた状態で、前記ポンプを通常運転台数より少ない台数で起動する第１のポンプ起動ステップと、前記第１のポンプ起動ステップの後、通常運転時における前記流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で前記流量制御弁を制御する弁制御信号を前記流量制御弁に出力する第１の弁開制御ステップとを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、冷却系統において複数のポンプが全て停止したことを検出した場合に、弁全閉制御ステップで流量制御弁を全閉に制御した後、第１のポンプ起動ステップでポンプを通常運転台数より少ない台数で起動するようにしたので、ポンプの起動トルクを低減でき、モータの容量を低減することが可能となる。これは、ポンプを駆動するモータに必要とされるトルクはポンプの軸動力によって決定し、ポンプの軸動力はポンプの流量に依存するため、ポンプ起動時に流量制御弁を全閉にしてポンプの流量を少なくすることで、モータのトルクを低減することが可能となる。したがって、小さい始動電流でポンプを起動することができるので、モータの容量を低減することが可能となる。
【００１５】
また、本発明では、通常運転台数より少ない台数のポンプを起動した後、第１の弁開制御ステップで、通常運転時における流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で流量制御弁を制御するようにしたので、冷却系統のシステム抵抗が増加し、ポンプの流量が制限され、ポンプが過流量となることを防止できる。このとき、制限開度は、冷却水温度が補機の冷却に必要な温度以上に維持されるような冷却水流量を確保できる開度となっている。
さらに、本発明によれば、ポンプの運転台数を検出して、この検出信号に応じて流量制御弁を制御するようにしたので、作業員を介することなく冷却系統を自動で制御でき、ブラックアウト時のような非常事態においても確実に対応可能となる。
【００１６】
上記冷却系統の制御方法において、前記流量制御弁が前記制限開度以下で制御されている状態で、前記通常運転台数のポンプを起動する第２のポンプ起動ステップと、前記通常運転台数のポンプが起動したことを検出した場合に、前記流量制御弁を前記上限開度以下で制御する弁制御信号を前記流量制御弁に出力する第２の弁開制御ステップとをさらに備えることが好ましい。
このように、通常運転台数のポンプが起動したことを検出した場合に、第２の弁開制御ステップで、流量制御弁を通常運転時の上限開度以下で制御するようにしたので、通常運転台数のポンプが起動したら円滑に通常運転に戻ることができる。
【００１７】
上記冷却系統の制御方法において、前記冷却系統は、前記複数のポンプの吐出側下流に設けられ前記冷却材を冷却する冷却材クーラと、前記冷却材クーラ及び前記流量制御弁をバイパスするバイパスラインと、前記冷却材のバイパス流量を調整するバイパス弁とをさらに備え、前記第１の弁開制御ステップでは、前記流量制御弁及び前記バイパス弁をそれぞれ、前記流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で制御する弁制御信号を前記流量制御弁及び前記バイパス弁にそれぞれ出力することが好ましい。
このように、第１の弁開制御ステップで、流量制御弁及びバイパス弁をそれぞれ、流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で制御するようにしたので、ポンプの過流量を防止できる。
【００１８】
この場合、前記冷却水の温度のしきい値が予め設定されており、前記第１の弁開制御ステップでは、前記冷却水の温度を検出し、検出温度が前記しきい値以上である場合には、前記流量制御弁を前記制限開度に制御する弁制御信号を前記流量制御弁に出力し、前記検出温度が前記しきい値未満である場合には、前記流量制御弁を閉に制御する弁制御信号を前記流量制御弁に出力することが好ましい。
このように、第１の弁開制御ステップでは、予め設定された冷却水の温度のしきい値に基づいて流量制御弁を開閉制御するようにしたので、簡単な制御で冷却水温度を適切に制御することが可能となる。
また、前記弁制御信号は、前記流量制御弁の開度及び前記バイパス弁を互いに連動して制御する信号であってもよい。
【００１９】
本発明に係る冷却系統の制御装置は、原子力発電プラントの補機冷却用の冷却材が循環する循環ラインと、前記循環ラインに対して互いに並列に接続された複数のポンプと、前記複数のポンプの吐出側下流に設けられ前記冷却材の流量を調整する流量制御弁とを備える冷却系統の制御装置であって、前記ポンプの起動を制御するポンプ制御手段と、前記ポンプの運転台数を検出する運転台数検出手段と、前記流量制御弁を開閉制御する弁開閉制御手段とを備え、前記ポンプ制御手段は、前記複数のポンプが全て停止した場合に、通常運転台数より少ない台数の前記ポンプを起動させるようにし、前記弁開閉制御手段は、前記運転台数検出手段によって前記複数のポンプが全て停止したことを検出した場合に、前記流量制御弁を全閉にする弁制御信号を出力し、通常運転台数より少ない台数の前記ポンプが運転していることを検出した場合に、通常運転時における前記流量制御弁の設定開度より小さい値に設定された制限開度に前記流量調整弁を制御する弁制御信号を出力することを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、ポンプ制御手段によって、複数のポンプが全て停止した場合に、通常運転台数より少ない台数の前記ポンプを起動させるようにしたので、ブラックアウト時等のように電源喪失した場合であっても、非常用電源等によりポンプを自動で起動でき、冷却系統の機能を維持して発電プラントの安全性を確保することができる。
また、運転台数検出手段でポンプの運転台数を検出し、弁開閉制御手段によって、ポンプの運転台数に基づいて流量制御弁を制御するようにしたので、作業員を介することなく冷却系統を自動で制御でき、ブラックアウト時のような非常事態においても確実に対応可能となる。
【００２１】
さらに、弁開閉制御手段は、複数のポンプが全て停止したことを検出した場合に、ポンプを通常運転台数より少ない台数で起動する前に、流量制御弁を全閉に制御するようにしたので、ポンプの起動トルクを低減でき、モータの容量を低減することが可能となる。
さらにまた、弁開閉制御手段は、通常運転台数より少ない台数のポンプを起動した後、通常運転時における流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で流量制御弁を制御するようにしたので、冷却系統のシステム抵抗が増加し、ポンプの流量が制限され、ポンプが過流量となることを防止できる。
【００２２】
上記冷却系統の制御装置において、前記弁開閉制御手段は、前記運転台数検出手段によって前記通常運転台数のポンプが起動したことを検出した場合に、前記流量制御弁を前記上限開度以下で制御する弁制御信号を出力することが好ましい。
このように、運転台数検出手段で通常運転台数のポンプが起動したことを検出した場合に、弁開閉制御手段によって流量制御弁を通常運転時の上限開度以下で制御するようにしたので、通常運転台数のポンプが起動したら円滑に通常運転に戻ることができる。
【００２３】
上記冷却系統の制御装置は、前記複数のポンプの吐出側下流に設けられ前記冷却材を冷却する冷却材クーラと、前記冷却材クーラ及び前記流量制御弁をバイパスするバイパスラインと、前記バイパスラインに設けられ、前記冷却材のバイパス流量を調整するバイパス弁とをさらに備え、前記弁開閉制御手段は、前記運転台数検出手段によって前記通常運転台数より少ない台数の前記ポンプが運転していることを検出した場合に、前記流量制御弁及び前記バイパス弁をそれぞれ、前記流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で制御する弁制御信号を出力することが好ましい。
【００２４】
このように、バイパス弁が設けられたバイパスラインを備える構成としたので、冷却材クーラを通らないバイパスラインに流す冷却材流量を調整することによって、ポンプの回転数を変えずに冷却材の温度を調整することができる。また、弁開閉制御手段によって、流量制御弁及びバイパス弁をそれぞれ、流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で制御するようにしたので、ポンプの過流量を防止できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明では、複数のポンプが全て停止したことを検出した場合に、流量制御弁を全閉に制御した後、ポンプを通常運転台数より少ない台数で起動するようにしたので、ポンプの起動トルクを低減でき、モータの容量を低減することが可能となる。
また、通常運転台数より少ない台数のポンプを起動した後、通常運転時における流量制御弁の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で流量制御弁を制御するようにしたので、冷却系統のシステム抵抗が増加し、ポンプの流量が制限され、ポンプが過流量となることを防止できる。
さらに、ポンプの運転台数を検出して、この検出信号に応じて流量制御弁を制御するようにしたので、作業員を介することなく冷却系統を自動で制御でき、ブラックアウト時のような非常事態においても確実に対応可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却系統及びその制御装置の機器構成を示す構成図である。
【図２】（ａ）は通常運転時における流量制御弁及びバイパス弁の弁開度信号と弁開度の関係を示す図で、（ｂ）は制限運転時における流量制御弁及びバイパス弁の弁開度信号と弁開度の関係を示す図である。
【図３】冷却系統の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る冷却系統の制御方法を示すフローチャートである。
【図５】従来の冷却系統の機器構成を示す構成図である。
【図６】ポンプの性能特性曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２８】
図１は、本発明の実施形態に係る冷却系統及びその制御装置の機器構成を示す構成図である。
図１を参照して、まず最初に、本発明の実施形態が適用される冷却系統について説明する。この冷却系統１００は、原子力発電プラントの補機を冷却するために設けられ、主に、閉ループで構成され冷却水が循環する循環ライン１０１と、循環ライン１０１に対して互いに並列に接続された複数のポンプ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃと、循環ライン１０１に設けられた冷却水クーラ１０３、流量制御弁１０４、温度検出センサ１０８及び各種補機冷却用熱交換器とを備える。ここで、原子力発電プラントの補機とは、タービンや発電機等の原子炉以外の機器である。
【００２９】
ポンプ１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ）は、循環ライン１０１で冷却水を循環させる目的で設けられ、吐出側と吸入側が同方向に配置されるようにして、循環ライン１０１に対して互いに並列となるように複数接続されている。このポンプ１０２は、通常運転時には、全てのポンプ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに系統電源から電源が供給されるが、ブラックアウト時等の電源喪失時においては、通常運転台数よりも少ない台数のポンプ１０２ｃに、非常用電源から電源が供給されるようになっている。なお、図１では３台のポンプ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを並列に設けた場合を示したが、ポンプ台数は限定されるものではない。
【００３０】
冷却水クーラ１０３は、冷却水を海水等の冷却媒体と熱交換して冷却するもので、ポンプ１０２の吐出側下流の循環ライン１０１に設けられる。具体的には、複数のポンプ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、複数に分岐された循環ライン１０１に設けられ、これらの分岐された循環ライン１０１の合流点より下流側に冷却水クーラ１０３が設けられる。なお、この冷却水クーラ１０３は、並列または直列に複数台設けられていてもよい。
【００３１】
流量制御弁１０４は、ポンプ１０２の吐出側下流の循環ライン１０１に設けられ、循環ライン１０１を流れる冷却水の流量を調整する。図１では、流量制御弁１０４が冷却水クーラ１０３の下流側に設けられた場合を示しているが、流量制御弁１０４は冷却水クーラ１０３の上流側に設けられていてもよい。
温度検出センサ１０８は、循環ライン１０１に設けられ、循環ライン１０１の冷却水温度を検出する。なお、温度検出センサ１０８は、流量制御弁１０４の下流側に設けた場合を示したが、循環ライン１０１の冷却水温度を検出可能な位置であればいずれの位置であってもよい。ただし、補機冷却用熱交換器の上流側であることが好ましい。
【００３２】
補機冷却用熱交換器は、循環ライン１０１に一または複数設けられ、補機を間接的または直接的に冷却する。図１には一例として、潤滑油熱交換器１１１と、冷却媒体熱交換器１１３と、その他の補機冷却用熱交換器１１５とを示している。潤滑油熱交換器１１１は、タービンの軸受用潤滑油を冷却水と熱交換することによって潤滑油を冷却する。冷却媒体熱交換器１１３は、発電機冷却用の冷却媒体を冷却水と熱交換することによって冷却媒体を冷却する。その他の補機冷却用熱交換器１１５は、その他の補機を冷却水で冷却するもので、他の熱交換器を概念的に示している。これらの熱交換器の上流側あるいは下流側には、各熱交換器へ流入する冷却水流量を調整する流量調整弁１１２が設けられている。
【００３３】
また、本実施形態において、冷却系統１００は、循環ライン１０１に並列に接続され、冷却水クーラ１０３及び流量調整弁１０４をバイパスするバイパスライン１０５が設けられていてもよい。このバイパスライン１０５には、冷却水のバイパス量を調整するバイパス弁１０６が設けられている。
このように、バイパス弁１０６が設けられたバイパスライン１０５を備えることで、冷却水クーラ１０３を通らないバイパスライン１０５に流す冷却水流量を調整することによって、ポンプ１０２の回転数を変えずに冷却水の温度を調整することができる。
【００３４】
次に、本実施形態に係る冷却系統の制御装置の構成を説明する。なお、ここではバイパスライン１０５及びバイパス弁１０６を備える場合につき説明する。
冷却系統の制御装置１は、主に、ポンプ制御手段２と、運転台数検出手段３と、弁制御手段４とを備える。
【００３５】
ポンプ制御手段２は、少なくとも非常用電源に接続されたポンプ１０２の起動を制御する。具体的には、ポンプ制御手段２は、全てのポンプ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが停止したことを検出した場合に、非常用電源に接続されたポンプ１０２を起動させる制御回路を有している。なお、ポンプ制御手段２は、運転台数検出手段３及び弁制御手段４とは分離して、ポンプ１０２側に設けられていてもよい。また、ポンプ制御手段２は、全てのポンプ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの起動及び停止を制御可能であってもよい。
運転台数検出手段３は、ポンプ１０２の運転台数を検出する。具体的には、運転台数検出手段３は、全てのポンプ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの運転状態信号が入力され、これらの運転状態信号に基づいて現在のポンプの運転台数を算出し、この算出した結果を弁制御手段４に出力する。
【００３６】
弁制御手段４は、基本的な動作として、温度検出センサ１０８で検出した温度が入力され、この検出温度に基づいて流量制御弁１０４及びバイパス弁１０６の開度を指示する弁開度信号を算出する。この弁開度信号は、通常運転時には制限がかけられずに弁制御信号として流量制御弁１０４及びバイパス弁１０６にそれぞれ出力される。
図２（ａ）に示すように、通常運転時には、流量制御弁１０４及びバイパス弁１０６の上限開度を全開とする弁開度信号が出力され、これらの弁が全開以下で制御されるようにする。さらに、流量制御弁１０４及びバイパス弁１０６は連動して制御されることが好ましく、例えば、これらの弁がＯＮ／ＯＦＦ制御される構造の場合、流量制御弁１０４が閉のときはバイパス弁１０６を全開とし、流量制御弁１０４が全開のときはバイパス弁１０６が閉とする。このように、流量制御弁１０４及びバイパス弁１０６の弁開度が、互いに連動して制御されることによって、循環ライン１０１を流れる冷却水流量を一定に維持できる。なお、通常運転の識別は、運転台数検出手段３から入力される運転台数に基づいて行われる。すなわち、運転台数が、予め設定された通常運転台数である場合には、通常運転時と判断する。
【００３７】
弁制御手段４は、通常運転時以外においては、運転台数検出手段３によって複数のポンプ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが全て停止したことを検出した場合に、検出温度に関わらず、流量制御弁１０４を全閉に制御する弁制御信号を出力する。このとき、バイパス弁１０６も同時に全閉に制御する弁制御信号を出力する。
【００３８】
また、弁制御手段４は、通常運転時以外においては、運転台数検出手段３によって、通常運転台数より少ない台数のポンプ１０２が起動していることを検出した場合に、通常運転時における流量制御弁１０４の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で流量制御弁１０４及びバイパス弁１０６を制御する弁制御信号をそれぞれ出力する。なお、制限開度は、冷却水温度が補機の冷却に必要な温度以上に維持されるような冷却水流量を確保できる開度となっている。
図２（ｂ）に示すように、通常運転台数より少ない台数のポンプ１０２ｃで運転している場合（以下、制限運転と称する）、まず、温度検出センサ１０８の検出温度に基づいて流量制御弁１０４及びバイパス弁１０６の開度を指示する弁開度信号を算出する。次いで、この弁開度信号に対して、弁開度が制限開度以下となるような制限比率を乗じて弁制御信号を算出し、この弁制御信号をそれぞれの弁に出力する。これにより、検出温度に基づく弁開度信号に対して、弁開度が制限開度以下に制限されて制御される。なお、制限運転時においても、図２（ａ）と同様に、流量制御弁１０４及びバイパス弁１０６は連動して制御されることが好ましい。
【００３９】
次に、図３を参照して、制御装置の具体例について詳細に説明する。なお、ここでは図１に示す冷却系統の構成を有する場合を例示して説明する。
同図において、ポンプ制御手段２は、上記したようにポンプ１０２の起動を制御する。
運転台数検出手段３は、各ポンプ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの運転状態信号が入力され、この運転状態信号に基づいて、ポンプが全て停止していることを示す信号（ポンプ全台停止信号）ａ、ポンプが１台のみ運転していることを示す信号（ポンプ１台運転信号）ｂ、あるいはポンプが２台以上運転していることを示す信号（ポンプ複数台運転信号）ｃのいずれかの運転台数信号を出力する。
【００４０】
弁制御手段４は、弁開度信号算出部４１と、第１信号切替器４２と、第２信号切替器４３と、乗算器４４と、乗算器４５とを有する。
弁開度信号算出部４１は、冷却水の温度のしきい値が予め入力されており、このしきい値と、温度検出センサ１０８から入力される冷却水の検出温度とを比較して、検出温度がしきい値よりも低い場合には、流量制御弁１０４を開にし、バイパス弁１０６を閉にする弁開度信号を出力する。
【００４１】
第１信号切替器４２は、運転台数検出手段３で検出された運転台数信号のうち、ポンプ全台停止信号ａ及びポンプ１台運転信号ｂが入力されるようになっており、これらの信号に基づいて、ポンプが全台停止していると判断される場合若しくはポンプが１台だけ運転していると判断される場合には上限開度比率Ｖ１を出力し、これら以外の場合には制限開度比率Ｖ２を出力する。ここで、上限開度比率Ｖ１は、検出温度に基づき設定される弁開度に上限開度を設定するための比率であり、通常１である。また、制限開度比率Ｖ２は、検出温度に基づき設定される弁開度に制限開度を設定するための比率であり、通常１以下の数値である。
【００４２】
第２信号切替器４３は、運転台数検出手段３で検出された運転台数信号のうち、ポンプ全台停止信号ａが入力されるようになっており、この信号に基づいて、ポンプが全台停止していると判断される場合には、比率０を出力し、ポンプが全台停止していないと判断される場合には、第１信号切替器４２で出力された比率を出力する。
乗算器４４は、弁開度信号算出部４１で出力された流量制御弁１０４の弁開度信号と、第２信号切替器４３で出力された上限開度比率Ｖ１若しくは制限開度比率Ｖ２が入力され、弁開度信号に対して上限開度比率Ｖ１若しくは制限開度比率Ｖ２を乗じることで算出される弁制御信号を流量制御弁１０４に出力する。
【００４３】
乗算器４５は、弁開度信号算出部４１で出力されたバイパス弁１０６の弁開度信号と、第２信号切替器４３で出力された上限開度比率Ｖ１若しくは制限開度信号Ｖ２が入力され、弁開度信号と上限開度比率Ｖ１若しくは制限開度比率Ｖ２から算出される弁制御信号をバイパス弁１０６に出力する。
上記した構成を有する制御装置１では、運転台数検出手段３からの運転台数信号によってポンプ１０２が複数台運転していると判断される場合、第１信号切替器４２では上限開度比率Ｖ１を出力し、第２信号切替器４３では第１信号切替器４２の出力信号である上限開度比率Ｖ１を出力する。したがって、弁開度信号算出部４１で出力された弁開度信号に上限開度比率Ｖ１を乗じることで算出される弁制御信号が流量制御弁１０４及びバイパス弁１０６にそれぞれ入力され、これらの弁は通常運転時の上限開度以下で制御される。
【００４４】
また、運転台数検出手段３からの運転台数信号によってポンプが全台停止していると判断される場合、第１信号切替器４２では制限開度比率Ｖ２を出力し、第２信号切替器４３では比率０を出力する。したがって、弁開度信号算出部４１で出力された弁開度信号に比率０を乗じることで算出される弁制御信号が流量制御弁１０４及びバイパス弁１０６にそれぞれ入力され、これらの弁は全閉に制御される。
さらに、運転台数検出手段３からの運転台数信号によってポンプが１台のみ運転していると判断される場合、第１信号切替器４２では制限開度比率Ｖ２を出力し、第２信号切替器４３では第１信号切替器４２の出力信号である制限開度比率Ｖ２を出力する。したがって、弁開度信号算出部４１で出力された弁開度信号に制限開度比率Ｖ２が乗じられた弁制御信号が流量制御弁１０４及びバイパス弁１０６にそれぞれ入力され、これらの弁は、検出温度に基づいて制限開度以下で制御される。
【００４５】
また、上記制御装置１において、運転台数検出手段３から出力されたポンプ全台停止信号ｂがポンプ制御手段２に入力されるようにし、この信号に基づいて、ポンプが全台停止していると判断される場合に、ポンプ１０２ｃを非常電源によって起動させるようにしてもよい。
【００４６】
ここで、図４を参照して、本実施形態に係る冷却系統の制御方法を説明する。
まず最初に、ステップＳ１では、運転台数検出手段３によって、ポンプの運転台数を検出し、ステップＳ２では、複数のポンプ１０２が全て停止したことを検出した場合に、流量制御弁１０４を全閉に制御する弁制御信号を出力する。
ステップＳ３では、流量制御弁１０４が全閉にされた状態で、ポンプ１０２を通常運転台数より少ない台数で起動する。
【００４７】
ステップＳ３で第１のポンプを起動した後、ステップＳ４で、通常運転時における流量制御弁１０４の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で流量制御弁１０４を制御する弁制御信号を出力する。
ステップＳ５では、流量制御弁１０４が制限開度以下に制御されている状態で、通常運転台数のポンプ１０２を起動する。
そして、通常運転台数のポンプ１０２が起動したことを検出した場合に、ステップＳ６で、流量制御弁１０４を上限開度以下で制御する弁制御信号を流量制御弁１０４に出力する。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態では、複数のポンプ１０２が全て停止したことを検出した場合に、流量制御弁１０４を全閉に制御した後、ポンプ１０２を通常運転台数より少ない台数で起動するようにしたので、ポンプ１０２の起動トルクを低減でき、モータの容量を低減することが可能となる。
また、通常運転台数より少ない台数のポンプ１０２を起動した後、通常運転時における流量制御弁１０４の上限開度より小さい値に設定された制限開度以下で流量制御弁１０４を制御するようにしたので、冷却系統のシステム抵抗が増加し、ポンプ１０２の流量が制限され、ポンプ１０２が過流量となることを防止できる。
さらに、ポンプ１０２の運転台数を検出して、この検出信号に応じて流量制御弁１０４を制御するようにしたので、作業員を介することなく冷却系統を自動で制御でき、ブラックアウト時のような非常事態においても確実に対応可能となる。
【００４９】
なお、本実施形態が適用される原子力発電プラントは、加圧水型原子炉や沸騰水型原子炉等のようにどのようなタイプの原子炉を有するプラントにも適用できる。
また、本実施形態では、ポンプ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃがブラックアウト等の電源喪失時に全台停止した場合について主に説明したが、これに限定されるものではなく、ポンプを全台停止した後に、通常運転時より少ない台数で再起動し、その後時間をおいて通常運転台数でポンプを運転する場合に全て適用できる。
また、本実施形態では、冷却系統を循環する冷却材として冷却水を用いて説明したが、冷却材として水以外の他の流体を用いてもよい。
さらに、本実施形態では、主に流量制御弁１０４及びバイパス弁１０６がＯＮ／ＯＦＦ制御される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、これらの弁が比例制御弁であってもよい。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５０】
１      制御装置
２      ポンプ制御手段
３      運転台数検出手段
４      弁制御手段
４１    弁開度信号算出部
４２    第１信号切替器
４３    第２信号切替器
４４、４５  乗算器
１００  冷却系統
１０１  循環ライン
１０２、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ  ポンプ
１０３  冷却水クーラ
１０４  流量制御弁     
１０５  バイパスライン
１０６  バイパス弁
１０８  温度検出センサ
１１１  潤滑油熱交換器
１１３  冷却媒体熱交換器
１１５  その他補機冷却用熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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